JPH07101743B2 - 半導体圧力センサの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、シリコンなどの半導体結晶の持つピエゾ抵抗
効果などを利用して圧力を電気信号に変換する圧力セン
サの製造方法に係り、特にそのダイヤフラムの製造方法
を改良した半導体圧力センサの製造方法に関する。

〈従来の技術〉 第４図は従来の半導体圧力センサの構成を示す構成図で
ある。

第４図（イ）は半導体圧力センサの平面図、（ロ）は半
導体圧力センサの横断面図を示す。１はｎ形のシリコン
単結晶で作られたダイヤフラムであり、凹部２を有し更
に凹部２の形成により単結晶の厚さの薄くなった起歪部
３とその周辺の固定部４とを有している。

固定部４は連通孔５を有する基板６にガラス薄膜７を介
して陽極接合などにより固定されている。

起歪部３は単結晶の結晶面が（100）面とされ、その上
にはその中心を通る結晶軸〈001〉方向で起歪部３と固
定部４との境界付近に、例えば剪断形ゲージなどの感圧
素子８が不純物の拡散により伝導形がＰ形として矩形状
に形成されている。

この感圧素子８はその長手方向に電源端（図示せず）が
形成され、ここに電圧或いは電流が印加される。印加圧
力Ｐがダイヤフラム１に与えられると、これによって生
じた、例えば剪断応力τに対応した電圧が感圧素子８の
長手方向のほぼ中央に形成された出力端（図示せず）に
得られる。

これによって、印加圧力Ｐに対応した電圧が出力端に得
られる。

ところで、この様なダイヤフラムを製造するには各種の
方法があるが、大別すると（ａ）等方性のケミカルエッ
チングにより製造するか（ｂ）異方性のケミカルエッチ
ングにより製造するかの方法がとられる。

前者の等方性エッチングによる円形のダイヤフラムの場
合は起歪部３と固定部の境界にダレが生じ、特にこのダ
レにより印加圧力Ｐによる感圧素子８の圧力対出力電圧
の直線性のバラツキが大きくなるなどの問題がある。

そこで、エッチング速度が結晶方向に依存する後者の異
方性エッチングを用いてシャープなエッジを持つ矩形状
のダイヤフラムを形成させる製造方法がとられる。

しかし、この場合はシャープなエッジにより起歪部と固
定部の境界に応力が集中し、印加圧力Ｐの許容範囲を大
きくできないという問題が新たに発生する。

そこで、この応力集中を緩和するため異方性エッチング
で孔開けして８角形状のダイヤフラムを形成する方法が
特開昭55-24408に開示されている。以下、この概要につ
いて説明する。

第５図はこの開示された従来のダイヤフラムの構成を示
し、（イ）図は平面図、（ロ）図はそのＡ−Ａ′断面を
示す部分断面図、（ハ）図はそのＢ−Ｂ′断面を示す部
分断面図である。

９はシリコンの単結晶で出来たダイヤフラムであり、周
囲には厚い固定部10が、その中央は薄い起歪部11がそれ
ぞれ形成されている。この固定部10は周知の図示しない
支持部材に接合されている。

起歪部11はシリコン基板に対して所定形状のエッチング
マスクを形成させ、異方性エッチングによって掘起こし
て形成される。

この場合に、結晶軸〈110〉に一致する断面Ａ−Ａ′
（第５図（ロ））で示す固定部10の結晶面（111）に対
応する側面Ｘな図示の様に54度の傾斜を有する面となる
が、結晶軸〈100〉に一致する断面Ｂ−Ｂ′で示す固定
部10の結晶面（110）に対応する側面Ｙは図示のように4
5度の傾斜を有する面となる。そして、これ等の結晶面
のエッチング速度はそれぞれ異なる。

そこで、この境界を示す面を完全な８角形状とするため
にはエッチ速度比が結晶面ごとに異なるようなエッチ液
を選択して用いる必要がある。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この様な従来の半導体圧力センサの製造
方法では、エッチング速度比を考慮してエッチングマス
クの形状を８角形以外の複雑な形状にしなければなら
ず、またエッチ速度比を各結晶面に対して特定の関係を
持つエッチング液を用いなければならないという面倒な
問題がある。

〈課題を解決するための手段〉 この発明は、以上の課題を解決するために、シリコン基
板の結晶面（100）に各辺が互いに直角な結晶軸〈100〉
で囲まれて矩形状に開けられたエッチングマスクを形成
し、これに対してアルカリ異方性エッチングをすること
により起歪部となる結晶面（100）に対してそれぞれ90
°と55°の角度をなす２種類の固定部の側面を形成さ
せ、起歪部と固定部の境界が８角形となるときにアルカ
リ異方性エッチングを停止するようにしてダイヤフラム
を形成するようにしたものである。

〈作用〉 シリコン基板に結晶軸〈100〉で囲まれた孔をもつエッ
チングマスクを形成し、これに対して、アルカリ異方性
エッチングをすることにより、（100）底面に対して直
角の側壁が現れると共にエッチングマスクにはなかった
エッチングレートの小さい結晶面（111）が出現し、８
角形状になる。

この状態を進行させて起歪部の底面が正８角形になった
状態でアルカリ異方性エッチングを停止する。

〈実施例〉 第１図は本発明の１実施例の要部を示す平面図である。

12は最終的にはダイヤフラムとなる矩形状のシリコン基
板であり、その各辺は結晶軸〈110〉と一致するように
選定されている。

第２図はこのシリコン基板12をマスクするための中央部
に正方形の孔13が開けられたSiN膜で形成されたダイヤ
フラムマスク14の形状を示している。

このダイヤフラムマスク13の孔13の各辺は互いに直角な
結晶軸〈100〉で囲まれ、第１図に示すシリコン基板12
の結晶軸〈110〉に対して点線で示すような45度の角度
となるようにしてマスクする。

この後、20％〜50％（wt）のKOHエッチング液でアルカ
リ異方性エッチングを行う。この場合、底面14の（10
0）結晶面のエッチング深さがＨ（μｍ）進行したとき
には、８角形のダイヤフラムの側面16の（100）結晶面
も同じくＨ（μｍ）だけ底面15に対して直角にサイドエ
ッチされる。

一方、この異方性エッチングが進むにしたがってダイヤ
フラムマスクをした初期にはなかった結晶面（111）に
対応する側面17が現れる。

これは結晶面（111）のエッチングレートが非常に遅い
ので、エッチングの進行と共に（111）が大きく成長し
てくるためである。この側面17は結晶面（111）に対応
し、第１図においては斜線で示してあり、底面15に対し
て125度の傾斜を持っている。

そして、底面15と側面16、17の境界面が正８角形になっ
た時点でこの異方性エッチングを終了する。

以上のようにして作られたダイヤフラム18は第３図に示
すように固定部19と底面15で形成される起歪部20の境界
が８角形の形状になっている。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に示したように本発明による
製造方法によれば、複雑な形状のエッチンクマスクを使
用することなく量産化に適した高耐圧まで許容度の大き
い８角形のダイヤフラムを正確に形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の１実施例の要部を示す平面図、第２図
は第１図に示す実施例に用いるダイヤフラムマスクの形
状を示す平面図、第３図は本発明により製造されたダイ
ヤフラムの形状を示す斜視図、第４図は従来の半導体圧
力センサの構成を示す構成図、第５図は従来の８角形の
ダイヤフラムを製造する製造方法を説明する説明図であ
る。 １、９、18……ダイヤフラム、３、11、20……起歪部、
４、10、19……固定部、８……感圧素子、12……シリコ
ン基板、13……孔、14……ダイヤフラムマスク、15……
底面、16、17……側面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコン基板の結晶面（100）に各辺が互
   いに直角な結晶軸〈100〉で囲まれて矩形状に開けられ
   たエッチングマスクを形成し、これに対してアルカリ異
   方性エッチングをすることにより起歪部となる結晶面
   （100）に対してそれぞれ90°と55°の角度をなす２種
   類の固定部の側面を形成させ、前記起歪部と前記固定部
   の境界が８角形となるときに前記アルカリ異方性エッチ
   ングを停止するようにしてダイヤフラムを形成すること
   を特徴とする半導体圧力センサの製造方法。